(57)【要約】  【課題】  原子レベルでの平坦度を有し、ＳＴＭでも観察可能な微小試料観察用サンプルプレートを提供する。  【解決手段】  サンプルプレート１は、Ｓｉガラス基板Ａ、シロキサン樹脂層Ｂ、Ａｕ薄層（導電層）Ｃの三層構造からなる。シロキサン樹脂層Ｂが、Ｓｉガラス基板ＡとＡｕ薄層Ｃとの間で高い接着性を発現すると同時に、グレイン形成のない原子レベルでの優れた表面平坦度を実現する。表面には導電層Ｃを備え、ＡＦＭ観察からそのままＳＴＭ観察へ変更することも可能となる。【選択図】      図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
観察するサンプルを載置するためのサンプルプレートであって、
該プレートは、下層から順に基板、樹脂層、導電層の三層から構成されていることを特徴とするサンプルプレート。
【請求項２】
前記樹脂層の主成分がシロキサンであることを特徴とする請求項１記載のサンプルプレート。
【請求項３】
前記導電層の成分がＡｕであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサンプルプレート。
【請求項４】
観察するサンプルを載置するためのサンプルプレート、プローブ、サンプルプレートとプローブとを相対的に走査させるための走査手段、変位検出器、制御手段とを備えた観察装置であって、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のサンプルプレートを備えたことを特徴とする観察装置。
【請求項５】
観察装置が走査型トンネル顕微鏡または走査型原子間力顕微鏡であることを特徴とする請求項４記載の観察装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、サンプル（被観察試料）を載置するためのサンプルプレート及びこれを備えた観察装置に関する。特にサンプルプレートの構成に特徴を有するものであって、ＤＮＡやタンパク質などの分子または原子レベルでの微細観察や、自己組織化単分子膜表面などのナノサイズの構造体表面の観察に好適に利用される。
【背景技術】
【０００２】
近年、臨床や生化学などの分野において、ＤＮＡやタンパク質などの生体試料を走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）などの観察装置によって直接観察することが試みられている。被観察試料を載置するために用いられるサンプルプレートは、マイカ（雲母）のへき開面などの平坦面（Ｒａ＜＝０．２ｎｍ）を加熱しながらＡｕを真空蒸着したものが汎用されており（例えば非特許文献１）、ＤＮＡを観察する場合には、末端水酸基をＳＨ化修飾したＤＮＡをサンプルプレートのＡｕ膜表面に吸着固定させ、走査型プローブ観察の一種であるトンネル電流観察（ＳＴＭ）によって直接観察することが知られている。あるいは、ガラス基板上に樹脂をコーティングした平坦度の高いサンプルプレートを用い、ＤＮＡを固定・伸長化させて走査型プローブ観察の一種である原子間力観察（ＡＦＭ）によって直接観察することが知られている（非特許文献２）。
【０００３】
また、マイカ等の基板上に金薄膜を形成し、その上に形成される自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜：Self-Assembled Monolayers：特許文献１）の様子を走査型プローブ顕微鏡などの観察装置によって直接観察したいという要望もある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２６７８２４号公報
【０００５】
【非特許文献１】「真空蒸着法による（１１１）単結晶面をもつ金薄膜の作成方法」http://fm.ehcc.kyoto-u.ac.jp/evaporation.html
【０００６】
【非特許文献２】PNAS December 20 2005 vol.102 no.51 18321-18325 Jingjiao Guan et al.
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、こうしたナノサイズの構造体を観察するためには、被観察物を載置するためのサンプルプレートの表面自体に原子レベルでの平滑性が必要となるが、現状においては好適なものが見当たらない。例えば、ＤＮＡ等の観察には１×１μｍ２程度の平坦化面が必要であるが、Ｓｉ基板上にＡｕを蒸着するものの場合、高温処理（４００〜５００℃）するとＡｕとＳｉの合金塊が生じてしまい、原子レベルでの平坦性を得ることができない。また室温程度の低温でＡｕを蒸着すると、１０ｎｍ程度の大きさをもつグレイン（粒状体）が多数生じてしまい、ＤＮＡ等を伸長固定してＳＴＭ観察を行うには使用に耐えなかった。
一方、ガラス上に樹脂をコーティングして表面平坦化したサンプルプレートにＤＮＡを伸長固定してＡＦＭ観察を行うことはできたが、サンプルプレートが導電性を有しないためＳＴＭ観察には使えないという不都合があった。
【０００８】
本考案は、こうした技術的課題や要求仕様を鑑みて為されたものであり、グレインの影響のない原子レベルでの平坦性を実現したナノサイズ観察に適したサンプルプレートを提供し、さらにはサンプルプレートを交換することなくＡＦＭ観察とＳＴＭ観察の双方に使用できるサンプルプレート及びこれを用いた観察装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本考案では次の構成を採る。
【００１０】
（請求項１）
観察するサンプルを載置するためのサンプルプレートであって、該プレートは、下層から順に基板、樹脂層、導電層の三層から構成されていることを特徴とする。
【００１１】
（効果）
このサンプルプレートは、樹脂層による高い平坦性を表面に発現させることができ、原子サイズ・ナノサイズの観察に好適に用いることができる。同時に、表面が導電層から構成されているため、ＡＦＭ観察とＳＴＭ観察の双方に使用でき、より精度の高い観察と汎用性を実現することができる。
【００１２】
（請求項２）
前記サンプルプレートにおいて、樹脂層の主成分がシロキサンであることを特徴とする。
【００１３】
（効果）
シロキサンは高い表面平坦性を実現し得る物質であると同時に、一般に用いられるガラスやマイカなどの基板との密着性が高く、層剥離しにくいサンプルプレートを実現することができる。またシロキサンは化学的に安定なため酸やアルカリなどへの耐性が高く、種々のサンプルに対して対応可能である。
【００１４】
（請求項３）
さらに導電層がＡｕ層であるサンプルプレート。
【００１５】
（効果）
導電層としてはＰｔ、Ａｇ、Ｃｒ、ＴｉなどＡｕ以外の材質を用いることもできるが、特にＡｕは薄層形成し易く、作成時の作業性に特に優れている。ＳＨ化修飾したＤＮＡとの反応性にも優れる。さらには、ＳＴＭ観察にも好適に用いることができる。また化学的に安定なため酸やアルカリなどに耐性であり種々のサンプルに対して対応可能である。
【００１６】
（請求項４）
観察するサンプルを載置するためのサンプルプレート、プローブ、サンプルプレートとプローブとを相対的に走査させるための走査手段、変位検出器、制御手段とを備えた観察装置であって、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のサンプルプレートを備えたことを特徴とする観察装置。
【００１７】
（請求項５）
観察装置が走査型トンネル顕微鏡または走査型原子間力顕微鏡であるもの。
【００１８】
（効果）
本考案に係るナノサイズ観察に好適なサンプルプレートを用いることにより、観察がより良好な観察装置を提供することができる。さらには、サンプルプレートを交換することなく、そのままの装置構成によって、制御プログラムの切替えだけでＡＦＭ観察とＳＴＭ観察の双方を簡便に実施することができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本考案の実施形態について、走査型プローブ顕微鏡を例示して説明する。
本考案に係る観察装置は、全体構成において従前のものと相違ない。例えば、図１に示す走査型プローブ顕微鏡は、被観察試料が載置されたサンプルプレート１、プローブ２、プローブの変位検出器３、ステージ走査機構４、制御・データ処理ユニット５、表示部６から構成されている。
【００２０】
ＳＴＭ観察を行う場合には、表面が導電層で構成されたサンプルプレート１上被観察試料が載置し、プローブ２との間に電圧をかけて、１ｎｍ程度の距離まで近づけると、その間にトンネル電流が流れることを利用し、このトンネル電流が一定となるように制御しつつ走査させることによって、試料表面原子の電子構造を直接観察することができる。一方、トンネル電流に代えて原子間力が一定となるように制御しつつ走査・測定することによってＡＦＭ観察を行うことができる。本考案ではサンプルプレート１の構造に特徴を有しており、その余の装置構成においては汎用のものが利用できるため、各部の詳細な説明は割愛する。
【００２１】
さて、本考案に係るサンプルプレート１では、図２に示すような三層構造を採用している。基板Ａとしては、Ｓｉ（ガラス）、マイカ、高配向グラファイト（ＨＯＰＧ）、ＭＯＳ２等の公知のものが使用できる。高い平坦度を備えたグレードのガラス基板も市販されており、好適である。サイズは観察装置の試料ステージに応じて任意に選択が可能である。
【００２２】
基板上に形成される樹脂層Ｂは、高い表面平坦性を実現し、且つ基板と表面層である導電層との接着性を高め剥離を防止するためのものであり、例えば基板との組み合わせによりアクリル樹脂やポリエチレン樹脂なども利用できるが、特にシロキサン樹脂が好適に利用できる。
【００２３】
最上層に形成される導電層Ｃには、取り扱いに優れ、高い表面平坦性を実現し得る材質が適している。導電層としてはＰｔ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕなどの材質を用いることができるが、特にＡｕは薄層形成し易く、作成時の作業性に特に優れている。またＳＨ化修飾した ＤＮＡとの反応性にも優れる。さらには、ＳＴＭ観察にも好適に用いることができる。また化学的に安定なため酸やアルカリなどに耐性であり種々のサンプルに対して対応可能である。
【００２４】
（サンプルプレーの作製）
図３に本考案に係るサンプルプレーの作製手順を示す。
先ず、１０ｍｍ平方、厚さ１．０ｍｍのＳｉ基板上に、シロキサン樹脂（主剤：触媒＝１０：１。触媒などの添加剤は主剤に対し1割程度がよく、混合比を上げるとひび割れなど樹脂層が脆くなる場合がある。）を０．１ｇ滴下し、スピナーで２０００ｒｐｍ、３０秒回転させて樹脂層をコーティングする。
これを１３０℃のホットプレートにて５分間ベークした後に放置し、室温まで冷却する。こうして形成された樹脂層の表面に、更に導電層としてのＡｕ蒸着膜を形成する。Ａｕ被膜の作製方法は、非特許文献１に記載の定法を採用し、常温において蒸着速度２Å／ｓｅｃ．で５０秒蒸着して取り出した。
【００２５】
このようにして得られたサンプルプレートの表面をＡＦＭにて観察した結果を図４に示す。図４はプレート表面の観察像および任意のＡ−Ｂ間およびＣ−Ｄ間の表面状態の計測結果を示している。この計測結果によれば、Ａ−Ｂ間の表面粗さＲａ＝０．１３ｎｍ、Ｃ−Ｄ間の表面粗さＲａ＝０．１７ｎｍを実現しており、即ち、Ａｕのグレインのない、原子レベルで平坦なサンプルプレートが得られていることが確認できる。
【００２６】
（ＤＮＡの観察）
上述のようにして得た本考案に係るサンプルプレーを用いて、ＤＮＡの観察を行ったところ、良好な観察結果を得たので図５に示す。先ず、公知の定法によりＤＮＡの３’末端のＳＨ化を行うよう調整した。例えば、ＤＮＡにＳＨ−ＧＴＰとトランスフェラーゼを加え、３７℃で３０分間加熱し、３’末端にＳＨ基を導入した。
（http://www.funakoshi.co.jp/news/031101pdf/031101_p12.pdf）
【００２７】
こうして調整したＳＨ化ＤＮＡ（濃度：０．０３μｇ／μｌ）１０μｌを本考案に係るサンプルプレート上に滴下し、ピペットで回収してＤＮＡの固定・伸長化を行いＡＦＭ観察を行った。図５の観察画像において、プレート上にＤＮＡと見られる紐状のものが固定されているのが観察される。この紐状体を横断するような任意のＡ−Ｂ間およびＣ−Ｄ間の表面状態の計測したところ、高さが約１．５ｎｍ、幅約１０ｎｍであることが確認され、この紐状体がＤＮＡであると推察される。
【００２８】
このように、本考案により得られたサンプルプレートの表面は原子レベルでの平坦度を実現しているため、ＤＮＡの原子レベルでの直接観察を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本考案は、ＳＴＭ、ＡＦＭのみならず摩擦力顕微鏡などその余の微小試料観察にも適用される。また、液中観察等においても使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】走査型プローブ顕微鏡の一般的な構成を示す説明図である。
【図２】本考案に係るサンプルプレートの構成を示す説明図である。
【図３】本考案に係るサンプルプレートの作製例を示す説明図である。
【図４】本考案に係るサンプルプレート表面のＡＦＭ観察結果を示す図である。
【図５】本考案に係るサンプルプレートでのＤＮＡ観察結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１・・・サンプルプレート
２・・・プローブ
３・・・変位検出器
４・・・ステージ走査機構
５・・・制御・データ処理ユニット
６・・・表示部
Ａ・・・基板
Ｂ・・・樹脂層（シロキサン層）
Ｃ・・・導電層（Ａｕ層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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